吳曉白

（中國石化儀征化纖股份有限公司聚酯中心，江蘇儀征 211900）

設(shè)備改造

聚酯切粒機(jī)轉(zhuǎn)速控制方案優(yōu)化概述

吳曉白

（中國石化儀征化纖股份有限公司聚酯中心，江蘇儀征 211900）

介紹并分析了聚酯某生產(chǎn)線6臺(tái)切粒機(jī)原轉(zhuǎn)速控制方案及其缺點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了新控制方案的設(shè)計(jì)思路及編程過程中的主要步驟及注意事項(xiàng)。

切粒機(jī) 轉(zhuǎn)速控制 合轉(zhuǎn)速系數(shù) 熔體分配

聚酯生產(chǎn)線的切粒工序，其主要的作用就是將熔融的PET熔體經(jīng)過冷卻、切粒、干燥后，包裝成為成品，供下道紡絲工序使用。切粒機(jī)轉(zhuǎn)速控制方案的主要目的是：在熔體出料泵轉(zhuǎn)速變化或某臺(tái)切粒機(jī)停運(yùn)（或投運(yùn)）時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)已投運(yùn)的切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速，使切出來的粒子大小符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。工藝上專門有一項(xiàng)指標(biāo)，叫做“百粒重”。早期由于單條生產(chǎn)線的負(fù)荷低，每臺(tái)最終縮聚反應(yīng)釜后只有兩臺(tái)切粒機(jī)，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制方案是合轉(zhuǎn)速控制：平時(shí)兩臺(tái)切粒機(jī)各50%負(fù)荷運(yùn)行，當(dāng)有一臺(tái)切粒機(jī)退出運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)自動(dòng)提高轉(zhuǎn)速，承擔(dān)全部負(fù)荷。后來，隨著單條生產(chǎn)線生產(chǎn)能力的提高，終縮聚反應(yīng)釜后需多臺(tái)切粒機(jī)。傳統(tǒng)的合轉(zhuǎn)速控制方案已不能滿足需要，一些新型的控制方案應(yīng)需而生。

1 原控制方案分析

某聚酯生產(chǎn)線于2003年建成投產(chǎn)。從最終縮聚反應(yīng)釜（28R01）出來的聚酯（PET）熔體，經(jīng)熔體出料泵（28P01）增壓，通過熔體分配閥（一進(jìn)六出），分配給后面的6臺(tái)切粒機(jī)冷卻、切粒。切粒機(jī)的控制系統(tǒng)是一套西門子的S7-300 PLC，配置2臺(tái)上位機(jī)。

6臺(tái)切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方案的核心思路為：

（熔體出料泵合轉(zhuǎn)速×6×合轉(zhuǎn)速系數(shù)給定／N）×Ki，作為各臺(tái)切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速給定。

其中：熔體出料泵合轉(zhuǎn)速是兩臺(tái)熔體泵的轉(zhuǎn)速PV值之和再除以轉(zhuǎn)速量程之和，是一個(gè)百分?jǐn)?shù)形式的模擬量信號(hào)；

系數(shù)6是對(duì)應(yīng)6臺(tái)切粒機(jī)；

合轉(zhuǎn)速系數(shù)給定是一個(gè)常數(shù)給定值，在操作站上可調(diào)整。與熔體出料泵泵供量、鑄帶頭孔數(shù)、粒子百粒重等有關(guān)，簡單說，就是熔體泵每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的切粒機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。結(jié)合粒子實(shí)際狀況可做適當(dāng)微調(diào)。

N是投運(yùn)的切粒機(jī)總數(shù)，當(dāng)N≧4時(shí)該程序運(yùn)行，開始運(yùn)算并賦值；

Ki（i＝1～6）對(duì)應(yīng)每臺(tái)切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速微調(diào)系數(shù)，可調(diào)節(jié)單臺(tái)切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速。

該方案主要有以下3個(gè)缺點(diǎn)：

a）4臺(tái)以下切粒機(jī)投運(yùn)時(shí)該程序不執(zhí)行，此時(shí)切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速只能通過現(xiàn)場操作臺(tái)上的升／降速按鈕手動(dòng)給定，開停車時(shí)操作極不方便；

b）根據(jù)上述方案計(jì)算出的轉(zhuǎn)速給定存在“溢出”（轉(zhuǎn)速計(jì)算值超過模擬量輸出通道的數(shù)值上限）的可能，尤其是在裝置開車，第4臺(tái)切粒機(jī)剛投運(yùn)時(shí)。一旦給定值“溢出”，PLC的AO通道輸出低于4 mA，此時(shí)投運(yùn)的切粒機(jī)全部失速，因無報(bào)警聯(lián)鎖信號(hào)，啟動(dòng)板仍打在“切?！眰?cè)，會(huì)造成所有已投運(yùn)的切粒機(jī)“披掛”；

c）上述方案未考慮熔體分配的情況。未投運(yùn)的切粒機(jī)前面七通閥開度直接影響熔體量的計(jì)算和分配，排廢的那部分熔體相當(dāng)于被偷去了，會(huì)導(dǎo)致粒子偏??；剛投運(yùn)（或停運(yùn)）的切粒機(jī)，其對(duì)應(yīng)的七通閥在開關(guān)的動(dòng)態(tài)過程中也會(huì)影響熔體的分配，而這些都會(huì)引起粒子大小的波動(dòng)，如果大粒子的數(shù)量過多還會(huì)堵塞振動(dòng)篩，造成切粒機(jī)停運(yùn)。

另外，該程序在計(jì)算投運(yùn)切粒機(jī)臺(tái)數(shù)時(shí)采用的是列舉法，用排列組合的方式依次檢查6臺(tái)切粒機(jī)的啟動(dòng)板位置，判斷是否有4臺(tái)以上切粒機(jī)投運(yùn)，分別是哪幾臺(tái)切粒機(jī)投運(yùn)，再將計(jì)算出的轉(zhuǎn)速賦值給對(duì)應(yīng)的切粒機(jī)，程序拖沓冗長，缺乏效率。

2 新控制方案

新控制方案的思路是利用PLC已有的七通閥閥位反饋信號(hào)，在不增加任何硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)了一套切粒機(jī)轉(zhuǎn)速控制方案，編程調(diào)試后，投入運(yùn)行。

新方案的核心思路是引入了熔體分配（閥開度百分比）的概念：

（熔體出料泵合轉(zhuǎn)速×合轉(zhuǎn)速系數(shù)給定×閥開度百分比）×Ki，作為各臺(tái)切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速給定。

其中：熔體出料泵合轉(zhuǎn)速是兩臺(tái)熔體泵的轉(zhuǎn)速PV值之和再除以轉(zhuǎn)速量程之和；

合轉(zhuǎn)速系數(shù)給定是一個(gè)常數(shù)給定值；

Ki（i＝1～6）對(duì)應(yīng)每臺(tái)切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速微調(diào)系數(shù)；

閥開度百分比＝各切粒機(jī)對(duì)應(yīng)的七通閥開度／6臺(tái)閥開度之和。

編程的具體步驟和注意事項(xiàng)如下：

a）準(zhǔn)備工作

建立一個(gè)數(shù)據(jù)塊（DB），因?yàn)樯婕暗接?jì)算所需要的中間變量較多，只憑PLC提供的存貯單元是不夠的。在數(shù)據(jù)塊中根據(jù)需要可定義若干的長整數(shù)型變量（DINT）和實(shí)數(shù)型變量（REAL）。

b）熔體出料泵合轉(zhuǎn)速信號(hào)處理

熔體出料泵合轉(zhuǎn)速信號(hào)（百分?jǐn)?shù)信號(hào)）與操作站畫面上人工輸入給定的合轉(zhuǎn)速信號(hào)，做一個(gè)遠(yuǎn)程／就地的切換。

c）七通閥閥位信號(hào)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

AI卡上的七通閥閥位信號(hào)經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)來的是一個(gè)0～27648區(qū)間的整數(shù)型變量（INT），需轉(zhuǎn)換成長整型，再轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)型變量參與以后的運(yùn)算。另外為避免因出現(xiàn)壞信號(hào)而導(dǎo)致誤算，注意限制信號(hào)幅度，如可以限制在3～27645范圍內(nèi)。限幅用比較和賦值兩個(gè)功能塊。

d）七通閥閥位當(dāng)前的開度求和，并計(jì)算出每臺(tái)閥的閥開度百分比。

e）根據(jù)新方案計(jì)算公式計(jì)算出每臺(tái)切粒機(jī)在“自動(dòng)”狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速給定值。

f）切粒機(jī)在“手動(dòng)”狀態(tài)下，通過現(xiàn)場操作臺(tái)上的“升／降速按鈕”調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定的程序。

g）切粒機(jī)轉(zhuǎn)速輸出.

切粒機(jī)“手／自動(dòng)開關(guān)”分別在“自動(dòng)”和“手動(dòng)”狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速給定值輸出。

注意：此時(shí)需用ROUND功能塊將實(shí)數(shù)型變量轉(zhuǎn)換成整數(shù)型變量。另外，根據(jù)工藝要求，在轉(zhuǎn)速給定值輸出時(shí)附加兩個(gè)動(dòng)作：切粒機(jī)轉(zhuǎn)速給定無論在“自動(dòng)”還是“手動(dòng)”狀態(tài)下，均不低于某一轉(zhuǎn)速值；在切粒機(jī)“手／自動(dòng)開關(guān)”由“自動(dòng)”向“手動(dòng)”狀態(tài)切換時(shí)，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速保持“自動(dòng)”時(shí)的數(shù)值。

h）七通閥開度的控制

當(dāng)切粒機(jī)“手／自動(dòng)開關(guān)”處于“手動(dòng)”時(shí)，七通閥開度通過操作站人工輸入給定。

當(dāng)切粒機(jī)“手／自動(dòng)開關(guān)”處于“自動(dòng)”時(shí)，如果啟動(dòng)板在“切粒”側(cè)，自動(dòng)給定95%開度；如果啟動(dòng)板在“排廢”側(cè)，自動(dòng)給定5%開度。

編程時(shí)需堅(jiān)持簡潔明了的原則。如第7步切粒機(jī)轉(zhuǎn)速輸出，由于有6臺(tái)切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出，而且在轉(zhuǎn)速輸出時(shí)要執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，還有2個(gè)附加條件，在此可以先自定義1個(gè)滿足所有條件的功能塊，6臺(tái)切粒機(jī)轉(zhuǎn)速輸出時(shí)直接引用即可。再如第6步6臺(tái)切粒機(jī)手動(dòng)升降速，也可以通過自定義功能塊來實(shí)現(xiàn)，這樣做可以大大簡化程序。

3 新方案的優(yōu)點(diǎn)

新控制方案從根本上解決了原方案存在的3個(gè)缺陷：第一，只要有切粒機(jī)投運(yùn)，哪怕只有一臺(tái)，也可以投自動(dòng)，沒有原方案4臺(tái)以上運(yùn)行才能投自動(dòng)的限制，操作簡單方便，尤其是在開停車的過程中；第二，在程序中，通過數(shù)值的限幅，解決了輸出“溢出”的問題；第三，由于采用了熔體分配的控制方案，能夠合理準(zhǔn)確地計(jì)算出給每臺(tái)切粒機(jī)分配的實(shí)際熔體量；即使是在熔體分配閥開關(guān)的動(dòng)態(tài)過程中，也能實(shí)時(shí)地進(jìn)行跟蹤；而且整段程序思路清晰，結(jié)構(gòu)簡明，克服了原程序冗長難懂的缺點(diǎn)，編程過程中一些技巧也值得借鑒。另外，此次控制方案的優(yōu)化立足于利用現(xiàn)有資源，不增加任何硬件設(shè)備，軟件也是自主編制，不發(fā)生任何費(fèi)用。

4 結(jié) 語

自該單元重新開車以來，新方案的有效性得到了充分的驗(yàn)證。自動(dòng)化程度及可操作性得到了提高；切片粒子的外觀質(zhì)量得到了改善。但是，新方案也增加了一個(gè)不安定因素。由于引入了七通閥的閥位反饋信號(hào)參與控制，一旦某個(gè)閥位信號(hào)異常，會(huì)引起所有切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。對(duì)此，筆者提出的處理辦法是：如果是短時(shí)間的回路檢查，可以將切粒機(jī)的手／自動(dòng)按鈕撥到手動(dòng)位置，保持切粒機(jī)原有轉(zhuǎn)速；如果需要較長時(shí)間來處理故障，需要將切粒機(jī)啟動(dòng)板打到“排廢”側(cè)，對(duì)應(yīng)的七通閥關(guān)閉，該臺(tái)切粒機(jī)退出程序。

另外，在程序的編制過程中，由于未能找到七通閥的流量特性曲線圖，筆者在剔除了一些已知的死區(qū)后，將閥的流量特性近似視為線性來計(jì)算，這樣就導(dǎo)致與實(shí)際情況存在微小的偏差。在得到準(zhǔn)確的流量特性曲線后，可以通過折線圖的方法來消除這些偏差，將這一控制方案進(jìn)一步完善。

［1］程鵬.自動(dòng)控制原理［M］.第2版.北京：高等教育出版社.2010.

Im p rovem ent to the control schem e of rotation rate of cutters in the PET production line

Wu Xiaobai

（Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co．，Ltd．，Yizheng Jiangsu 211900，China）

This paper presents the original control scheme and its weak points of the control scheme of the rotation rate of the six cutters on the Polyester（PET）Production Centre of Yizheng Chemical Fiber Co.，Ltd and the design solutions of a new control scheme including the main programm ing steps and matters needing attention.

cutter；rotation rate control；rotation rate factor；PET distribution

TQ320.5

B

1006-334X（2014）03-0043-03

2014-02-23；

2014-09-16

吳曉白（1970—），男，江蘇儀征人，工程師，現(xiàn)主要從事石化電氣儀表技術(shù)工作。